[发明专利]含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法

说明书

本发明提供一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法，包括以下步骤：1）提供衬底；2）在所述衬底上形成III‑V族氮化物凸条结构或凸岛结构；3）在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。本发明的外延生长方法能够在较低的生长温度条件下、较短的生长时间内得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不仅大大降低了生长成本，而且生长过程中充分的释放了生长应力，大大提高了外延晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法。

背景技术

AlGaN材料具有高温稳定性好、搞的介质击穿强度、优异的机械强度、通过Al组分变化可实现禁带宽度从3.4eV～6.2eV可调，从而涵盖了波长从365nm～200nm的紫外波段，在紫外探测器、紫外LED及HEMTs器件方面具有重要的应用。

现有技术中，通常采用横向外延生长技术制备AlGaN材料，主要包括以下步骤：

1)提供衬底；

2)在所述衬底表面形成凸条结构或凸岛结构或在所述衬底表面形成掩膜层之后，在所述掩膜层内形成开口，并在所述开口内形成突出于所述掩膜层表面的凸条结构或凸岛结构；

3)采用横向外延生长工艺在所述凸条结构或凸岛结构表面及所述衬底表面形成AlGaN材料。

然而，在生长条件下，由于Al原子在氮化物表面的迁移速率非常慢，采用上述横向外延生长制备所述AlGaN时，要使得相邻所述凸条结构或凸岛结构连起来并得到表面平整的AlGaN材料层非常困难，表面也容易形成裂纹，晶体质量不高。要得到一定厚度且表面平整的AlGaN材料层不但需要较高的生长温度条件，而且生长时间也较长，生长成本较高。

同样，采用横向外延生长工艺制备其他含Al氮化物材料时存在与AlGaN同样的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法，用于解决现有技术中采用横向外延生长工艺制备含Al氮化物材料时，由于Al原子迁移速率较慢而导致的生长条件比较苛刻、所需生长温度高、生长时间长、生长成本较高、容易形成表面裂纹和晶体质量不高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种含Al氮化物半导体结构的外延生长方法。所述含Al氮化物半导体结构的外延生长方法至少包括以下步骤：

1)提供衬底；

2)在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构；

3)在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。

作为本发明的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述步骤2)中，在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构包括以下步骤：

2-1)在所述衬底表面形成掩膜层；

2-2)在对应于后续要形成所述凸条结构或凸岛结构的所述掩膜层内形成贯穿所述掩膜层的开口；

2-3)在所述开口内填充III-V族氮化物填充层，所述III-V族氮化物填充层填满所述开口，并形成突出于所述掩膜层表面的所述凸条结构或凸岛结构。

作为本发明的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述步骤2-1)中还包括在所述衬底与所述掩膜层之间形成III-V族氮化物层的步骤。